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氧化应激初学者实验指南

发布时间:2024/1/14 16:59:33   点击数:

生命是通过氧气从而有效提取能量并获得净化的,但是氧的一部分在代谢的过程中会转变为名为的分子,这种活性氧对人的生命起着重要的作用。过度的活性氧产生会造成氧化应激,从而伤害细胞,这也被认为是疾病和老化的诱因。因此,为了消除体内的活性氧,体内各项机能(抗氧化能力)起着作用,正常的状态下,通过抗氧化能力是可以消除活性氧的,但是如果体内的抗氧化机能无法消除多余的活性氧时,就会氧化担负着生物构造和机能的核酸、蛋白质和类脂体,从而造成损伤构造和妨碍机体功能的情况。像这样活性氧过多存在的状态,或者说“活性氧产生和消除平衡崩溃的状态”就被称为氧化应激。

指标一览表氧化应激的指标主要分为三类:1、抗氧化酶;2、抗氧化物质;、活性氧产物

氧化应激的评价方法主要有:1、确认抗氧化能力的增减2、抗氧化的代谢物质的增减、体内产物及代谢产物

活性氧会通过射线、吸烟甚至日常生活中的呼吸产生,为了消除活性氧,最先可以与之对抗的是①抗氧化物酶。抗氧化物酶包括:超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)等。如果生物体内产生的活性氧超过了抗氧化物酶所能清除的量,那么接下来会对抗活性氧的则是②抗氧化物质。抗氧化物质包括了谷胱甘肽、胆红素、维生素等。如果这些抗氧化物质无法消除活性氧。活性氧就会攻击核酸(DNA)、蛋白质、脂质等,造成损伤。DNA、蛋白质、类脂质等分子构成细胞,这些分子被活性氧氧化变性后,细胞功能也会受到影响③。如果能直接测定活性氧的含量,就能快速了解生物体内的状态。使用电子自旋共振装置(ElectronSpinResonance,ESR)可以通过DMPO或CarboxyPTIO等自旋捕获剂直接测量出部分类似自由基的活性氧。但是这种方法需要比较昂贵的仪器ESR,而且定量检测需要一定的技术,所以测量上需要一定的条件。(有意向进行ESR检测活性氧的老师,可以联系我们告知单位,我们会告知您所在或临近地区拥有仪器的单位和平台。)而另一方面,以上的氧化应激标志物其实也可以通过比较简便的方法进行检测,这些检测方法经常在文献中被用来评估氧化应激。另外,通过了解与抗氧化功能相关的物质的含量(活性)的变化,也可以了解到氧化应激和病理的进展程度。

述(最多18字

ROS检测—活性氧簇

主要是在线粒体中合成ATP时所产生的高活性氧簇。ROS对细胞内的信号传导和吞噬作用等免疫机能起着重要的作用。另一方面,ROS对DNA和蛋白质的氧化作用也是各种疾病和细胞衰老的原因之一。优势:相较于一般的DCFH-DA灵敏度更高检测仪器:荧光显微镜/荧光酶标仪/流式细胞仪检测对象:活细胞检测方法:(详见说明书)铺板-染色0min-氧化应激诱导-HBSS清洗-检测

MDA检测-丙二醛

丙二醛(MDA)是脂质过氧化物分解后形成的一种化合物。因此,MDA是检测细胞和组织中脂质过氧化物的最常见的指标之一,在氧化应激、铁死亡等领域的研究中被广泛使用。优势:采用荧光法灵敏度更高检测仪器:荧光酶标仪(多功能酶标仪)检测对象:细胞/组织:(详见说明书)样品制备-加入裂解液5min-加入workingsolution15min-冰浴5min-取上清液检测

氧化型/还原型谷胱甘肽

谷胱甘肽(γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸)是体内的一种三肽化合物,它参与抗氧化和药物代谢的过程,还是谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽S-转移酶、巯基转移酶等的底物。谷胱甘肽通常以还原型状态(GSH)存在,但是GSH在氧化应激的作用下会转化为氧化型状态(GSSG)。因此GSH/GSSG的比值被认为是氧化应激研究的一个重要指标。

优势:实验结果稳定性高,灵敏度高检测仪器:酶标仪检测对象:细胞/组织检测方法:(详见说明书)样品/标准品制备-添加buffersolution-添加SubstrateWorkingSolution-添加Enzyme/CoenzymeWorkingSolution10min-检测OD值-通过标曲计算浓度

DNA的氧化损伤

DNA的氧化损伤是由于DNA与活性氧(ROS)尤其是羟自由基之间的相互作用造成的。由超氧阴离子和过氧化氢通过Fenton反应产生的羟自由基在DNA中产生多重修饰。羟自由基对脱氧核糖基团的氧化攻击将导致DNA释放自由碱基,产生链断裂、各种糖修饰以及单个无碱基位点(AP位点)。事实上AP位点是由ROS产生的损伤的主要类型。优势:特异性检测由氧化应激造成的DNA损伤检测仪器:酶标仪检测对象:基因组DNA溶液检测方法:(详见说明书)添加ARP溶液培养1h-离心纯化-添加96孔板过夜培养-清洗-添加HRP-链霉亲和素溶液1h-清洗-添加substratesolution1h-检测

DNA损伤-γH2AX

DNA损伤中经常会出现DNA双链断裂,H2AX(一种组蛋白H2X的亚种),当出现DNA双链断裂时,会迅速而大量地被磷酸化。这种磷酸化的H2AX(γH2AX),作为DNA损伤的标志物,有望被用来作为评估化学物质,活性氧,紫外线,辐射等的遗传毒性和致癌性。近年来,γH2AX的检测也被用来作为评价细胞衰老的一种指标。优势:操作简便、三色可选检测仪器:荧光显微镜检测对象:细胞检测方法:(详见说明书)细胞固定、透膜处理及封闭-添加一抗-添加荧光二抗-检测

超氧化物酶(SOD)

SOD是可以催化超氧阴离子自由基歧化生成氧和过氧化氢的一种酶。SOD一般会有几种,Cu/ZnSOD或者Mn-SOD等。Cu/Zn-SOD是分布最广的一种,在所有的细胞质中都大量存在,尤其是肝脏和红血球中。Cu/Zn-SOD基因敲除的小鼠随着年龄的增长,听力下降会越来越严重,甚至从年轻期开始就会出现听力下降的情况,因此Cu/Zn-SOD具有防止听力下降的作用。Mn-SOD位于线粒体内,是相对稳定的蛋白质。肿瘤坏死因子(TNF)-α,lipopolicharacerride(LPS)等都会诱导Mn-SOD表达增加,从而起到对细胞的保护作用2)。Mn-SOD会在各种氧化应激增加的状态下受到诱导,是一种氧化应激指标。此外,分泌到细胞外与细胞膜结合而存在的异质酶extracellular-SOD(EC-SOD)可以清除血浆中或细胞表面产生的O2·-。优势:1)可以测定%SOD抑制率。2)不需要甲醛溶解操作,操作简单。)一次可以进行多样本的测定。4)由于灵敏度高,可以提高样品的稀释倍率,所以可以抑制干扰物质带来的影响。检测仪器:酶标仪检测对象:细胞/组织检测方法:(详见说明书)样品制备-添加WST工作液-添加dilutionbuffer和酶工作液-7°C培养40min-检测

脂质过氧化物(LOOH)

血浆和生物膜中的脂质构成成分主要是多不饱和脂肪酸(Poly-unsaturatedfattyacid,PUFA),其中不饱和的部分容易受到活性氧的攻击,被活性氧转化为过氧化脂质。脂质(LH)与·OH这样的活性氧反应,氢原子被抽走,形成脂质自由基(L·)。L·与氧分子迅速反应,形成脂质过氧基自由基(LOO·)。LOO·还会抽走其他脂质中的氢原子,变成LOOH。氧化应激引起的过氧化脂质的生成是连锁反应。

优势:1)能够成像和检测细胞中的脂质过氧化物2)长波长激发,可以减少光损伤和自发荧光对细胞的影响)高度脂质过氧化物特异性检测仪器:荧光显微镜/流式细胞仪检测对象:细胞检测方法:(详见说明书)接种细胞-添加Liperfluo-药物诱导-清洗-检测

谷胱甘肽过氧化酶(GPx)

GPx通过催化谷胱甘肽,可以消除生物体内产生的过氧化氢和过氧化物。GSH-Px的活性中心是硒半胱氨酸,因此被称为第21个氨基酸的“硒代半胱氨酸(Sec)”的形式,利用Se的高亲核性,过氧化物会被还原成酒精。此时,活性位点Sec的SeH被氧化为SeOH。而SeOH又会从2分子的谷胱甘肽(GSH)接受电子,还原成原来的SeH。

另外,GPx中已知存在4种异构酶,它们的位置和作用各不相同。分别为,各种脏器的细胞质和线粒体中丰富存在的cGPx、GPx1;肝脏和消化道的细胞质中存在的GIGPx、GPx2;清除血浆等细胞外过氧化物的eGPx、GPx;清除细胞膜中的磷脂过氧化物的PH-GPx、GPx4等4种。另外,关于GPx与病理的关系,有如下报告。一般认为动脉硬化的诱因是低密度脂蛋白(LDL)的氧化,eGPx抑制LDL的氧化,而且血中Se浓度与动脉硬化症的发病呈负相关。

胆红素胆红素常被认为神经毒性高,是导致黄疸的原因,应该作为有害物质被排出。但实际上,另一方面,胆红素也能作为“抗氧化物质”发挥作用。胆红素会和活性氧直接发生反应,胆红素自身会被氧化分解,从而还原性地消除活性氧。在这种作用下,由胆红素产生的氧化生成物也被统称为“生物胆红素”。胆红素在消除了活性氧后会增加生物吡啶的生成。因此,生物吡啶被认为是氧化应激的指标,这个指标不仅可以用于检测动脉硬化等疾病,还可以用于确认心理、社会压力的指标。另外,由于体内生成的生物吡啶能迅速排出到尿中,所以尿液中生物吡啶可以成为实时氧化应激指标。

8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)8-OHdG是DNA氧化损伤指标,其结构为组成DNA的碱基之一脱氧鸟苷(dG)的第8位被活性氧簇氧化、羟基化。

图.活性氧对deoxyguanosine的羟基化

染色体DNA上发生的8-OHdG在修复酶的作用下从染色体DNA切出释放到细胞外,通过血液最终在尿液中排出。另外,8-OHdG在DNA复制时引起G→T变异,因此也有报告显示,糖尿病患者和糖尿病动物的尿中8-OHdG含量增加。8-OHdG是化学上稳定的物质,不经过2次代谢就会从尿中排出,因此可以作为定量反映氧化应激程度的氧化应激指标。

一氧化氮(NO)NO是NO合成酶(NOS)从精氨酸中产生的,最初被命名为血管内皮舒张因子。后来,人们发现它是与生物体内各种生理作用密切相关的重要信号分子。NO可以激活鸟苷酸环化酶,促进环磷鸟苷(cGMP)的产生,该分子进一步向下游传递信息,引发多种生理作用。NO·分子内有一个不成对电子的自由基,与自由基和金属离子反应性高。另外,与共存的活性氧和金属反应,转换成反应性丰富的物质(NO2-,ONOO-),它们对核酸,脂质,蛋白质等生物分子造成氧化损伤。

硫化氢(H2S)硫化氢(H2S)在舒张血管,保护细胞和调节胰岛素分泌方面具有重要的生理作用已经得到广泛的认可。H2S作为除了NO和CO以外的第三种气体信号分子近年来备受

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